大小端模式转换

嗨喽，大家好，我是程序猿老王，程序老王就是我。

今天给大家讲一讲工作中经常遇到的大小端模式转换问题。

首先先来了解一下为什么会存在大小端模式转换

是因为在计算机中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为 8 bit。但是在C 语言中除了 8 bit 的char之外，还有 16 bit 的 short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如果将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个16bit的short型 x ，在内存中的地址为 0x0010，x 的值为0x1122，那么0x11位高字节，0x22位低字节。对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。

• 大小端定义

不同机器内部对变量的字节存储顺序不同，有的采用大端模式(big-endian)，有的采用小端模式(little-endian)。

大端模式是指高字节数据存放在低地址处，低字节数据放在高地址处。

小端模式是指低字节数据存放在低地址处，高字节数据放在高地址处。

下面给大家看一个示例就知道了什么是大小端了：

0x12345678在小端模式内存中的表示形式：

 内存 低地址 -----------------> 高地址
       0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12 
     低字节 -----------------> 高字节

0x12345678在大端模式内存中的表示形式：

 内存 低地址 -----------------> 高地址
     0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78
     高字节 -----------------> 低字节

• 大小端模式转换方法

在网络上传输数据时，由于数据传输的两端可能对应不同的硬件平台，采用的存储字节顺序也可能不一致，因此 TCP/IP 协议规定了在网络上必须采用网络字节顺序(也就是大端模式) 。

通过对大小端的存储原理分析可发现，对于 char 型数据，由于其只占一个字节，所以不存在这个问题，这也是一般情况下把数据缓冲区定义成 char 类型 的原因之一。对于 IP 地址、端口号等非 char 型数据，必须在数据发送到网络上之前将其转换成大端模式，在接收到数据之后再将其转换成符合接收端主机的存储模式。

Linux 系统为大小端模式的转换提供了 4 个函数，函数原型：

#include <arpa/inet.h> 
 
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); 
uint16_t htons(uint16_t hostshort); 
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); 
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

htonl 表示 host to network long，用于将主机 unsigned int 型数据转换成网络字节顺序； 
htons 表示 host to network short，用于将主机 unsigned short 型数据转换成网络字节顺序； 
ntohl、ntohs 的功能分别与 htonl、htons 相反。

• 最后再给大家展示一下模拟实现大小端转换函数

typedef unsigned short int uint16;
typedef unsigned long int uint32;
 
/*短整型大小端互换*/
#define BigLittleSwap16(A)  ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | \
                            (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
/*长整型大小端互换*/
#define BigLittleSwap32(A)  ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | \
                            (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | \
                            (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | \
                            (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

/*本机大端返回1，小端返回0*/
int checkCPUendian(void)
{
   union{
      unsigned long int i;
      unsigned char s[4];
   }c;

   c.i = 0x12345678;
   return (0x12 == c.s[0]);
}
 
/*模拟htonl函数，本机字节序转网络字节序*/
unsigned long int t_htonl(unsigned long int h)
{
       /*若本机为大端，与网络字节序同，直接返回*/
       /*若本机为小端，转换成大端再返回*/
       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap32(h);
}
 
/*模拟ntohl函数，网络字节序转本机字节序*/
unsigned long int t_ntohl(unsigned long int n)
{
       /*若本机为大端，与网络字节序同，直接返回*/
       /*若本机为小端，网络数据转换成小端再返回*/
       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap32(n);
}
 
/*模拟htons函数，本机字节序转网络字节序*/
unsigned short int t_htons(unsigned short int h)
{
       /*若本机为大端，与网络字节序同，直接返回*/
       /*若本机为小端，转换成大端再返回*/
       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap16(h);
}
 
/*模拟ntohs函数，网络字节序转本机字节序*/
unsigned short int t_ntohs(unsigned short int n)
{
       /*若本机为大端，与网络字节序同，直接返回*/
       /*若本机为小端，网络数据转换成小端再返回*/
       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap16(n);
}

-END-

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